CN101592098A - 利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法和装置，该方法包括下列步骤：(1)将植物秸秆和/或树叶、谷壳、锯末、或竹木麻及其它生物物质放入生物质气化炉中；(2)在气化炉中对生物物质进行热解反应，产生可燃气体；(3)将可燃气体直接送入燃气外燃机，即斯特林机的燃烧室，在燃烧室中该可燃气体进行充分燃烧，产生500℃以上的高温；(4)斯特林机燃烧室内燃烧气体的温度藉由其加热器传递给工质，使得在低温冷腔中被压缩而流到高温热腔中的工质迅速加热而膨胀做功，推动活塞不断循环往复，进而带动发电机发电。本发明实现了农林废弃物的综合利用，不仅有利于环境保护，又提供了洁净能源。因此，具有很好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用植物秸秆、树叶、谷壳等生物物质和斯特林机进行发电的方法和装置，属于绿色。洁净的新能源利用技术领域。
背景技术
能源是经济和社会发展的重要物质基础。工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源的消耗迅速增长，造成生态自然环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变暖，使得人类社会的可持续发展遭受严重威胁。目前，中国已成为世界能源的生产和消费大国，但是，人均能源消费水平仍然很低。随着经济和社会的不断发展，中国能源需求将会持续增长。增加能源供应、保障能源安全、保护生态环境、促进经济和社会的可持续发展，是中国经济和社会发展的一项重大战略任务。
包括所有的动、植物和微生物的生物质是通过光合作用而形成的各种有机体。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量，它是以生物质为载体的太阳能，其直接或间接来源于绿色植物的光合作用，是一种储量丰富的可再生能源。据估计，每年光合作用所固定的碳为世界现有能耗的数倍。通过光合作用由生物而生产的生物质能始终在人类能源利用中占有很重要的地位。
生物质资源包括农林废弃物、能源植物等。其中农业废弃物是在农业生产、加工过程中形成的废弃物，如秸秆、稻壳、果壳，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、桐粕等。林业废弃物是在林木生产、采运和加工过程中产生的琐碎木材、树皮、锯末等废弃物。
传统的生物质利用是燃烧，但燃烧方式的热转换效率不高，还污染环境。生物质气化后形成的天然气是一种燃烧值高、又非常清洁的燃料，它是大自然数万年的运动杰作。模拟大自然的杰作---气化生物质，是科学家多年追求的奋斗目标。在氧气作用下，将固体生物质转变为可燃气体的过程，被称为生物质气化。
生物质气化的优点是碳转化效率高，其气化的碳转化率达到70％以上，而其直接燃烧的碳转化率只有20％左右。其缺点是气体的热值低，通常为4000KJ/m3，而且所得到的气体中杂质多。所以大多用作民用燃气。因此，如何在工农业、其它产业、或服务业中实现生物质气化就成为许多技术人员关注的热点。
生物质发电是利用生物质燃烧或生物质转化为可燃气体后燃烧发电的技术，通常有三种方式：直接燃烧发电、混合燃烧发电和气化发电。与煤、石油相比较，生物质原料具有种类多样、形态各异、堆积体积大和密度小的特点，收储运和预处理都比煤、石油要困难得多。再者，生物质原料含水量较高，热值比较低，一般约为标煤的一半。生物质灰中碱金属含量也比较高，导致灰的熔化温度比煤灰低，在锅炉燃烧过程中容易积灰与结渣。飞灰中的碱金属和烟气中的氯气，对锅炉内壁金属材料会有较大的腐蚀性，影响锅炉长期安全运行。因此，发电时必须使用专门设计制造的锅炉来燃烧生物质。
斯特林机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，它是1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故被称为斯特林发动机。斯特林机使用气体作为工质，在气缸内充有设定容积的工质。其气缸一端为热腔，另一端为冷腔。在低温冷腔中被压缩的工质，流到高温热腔中被迅速加热、膨胀做功。燃料则在气缸外的燃烧室内连续燃烧，并通过加热器传递给工质，工质不直接参与燃烧，也无须更换。由于斯特林机避免了传统内燃机中的震爆做功问题，能够实现高效率、低噪音和低污染，而且运行成本低。尤其是斯特林机气缸外的燃烧室内可以燃烧各种不同的可燃气体，既可燃烧柴油、液化石油气等燃料，也可以利用太阳能加热等。只要其热腔中的工质温度不低于500℃，该设备就能够做功运行，而且环境温度越低，做功或发电的效率越高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法和装置，本发明能够实现农林废弃物的综合利用，不仅有利于环境保护，又提供了洁净能源。
为了达到上述目的，本发明提供了一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将植物秸秆和/或树叶、谷壳、锯末、或竹木麻及其它的生物物质放入生物质气化炉中；
(2)在气化炉中对生物物质进行热解反应，产生可燃气体；
(3)将可燃气体直接送入燃气外燃机，即斯特林机的燃烧室，在燃烧室中该可燃气体进行充分燃烧，产生的燃烧气体温度在500℃以上；
(4)斯特林机燃烧室的燃烧气体温度藉由其加热器传递给工质，使得在低温冷腔中被压缩而流到高温热腔中的工质迅速加热而膨胀做功，推动活塞不断循环往复，进而带动发电机发电。
所述放入生物质气化炉中的生物物质的含水量要低于15％，其长度≤50mm。
所述生物质气化炉处于全封闭工作状态，其产生的可燃高温气体直接通入斯特林机进行燃烧、做功而发电，或者加压存放在储气柜中。
所述生物物质包括植物秸秆、稻壳、果壳，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、或桐粕的农业废弃物和/或琐碎木材、树皮、或锯末的林业废弃物。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的装置，其特征在于：该装置包括下列组成设备：用于对生物物质进行热解反应、以产生可燃气体的生物质气化炉，在生物质气化炉和储气柜之间、以及在储气柜和斯特林机之间传送高温、可燃气体的密闭、保温管道，利用高温、可燃气体在斯特林机燃烧室中燃烧、使其工质加热而膨胀做功的斯特林机，以及藉由斯特林机驱动发电的发电机。
所述斯特林机有一个或多个，每个斯特林机分别驱动各自的发电机，组成多台斯特林机发电机组，每台发电机组输出的电能并联输入电网。
本发明是利用植物秸秆、树叶、谷壳等生物物质和斯特林机进行发电的方法和装置，其主要创新特点是：由于生物质气化产生的气体密度热值低，达不到内燃机发电机组的要求(内燃机要求气体密度热值≥12MJ/m3)，因此，缺少商业应用价值而被人们丢弃、或者只作为家用炉灶的燃料。本发明创造性地将生物质气化技术与燃气外燃机-斯特林机结合起来，因为斯特林机只要求气体密度热值≥350KJ/m3，从而较好地解决了生物质能的利用问题。
本发明的发电装置主要有两部分：生物质气化炉和斯特林机发电机组。其中气化炉以粉碎后的农作物秸秆、或玉米芯、稻壳、果壳、蔗渣、棉粕、麻粕、桐粕等农业废弃物或林产加工的废弃物为原料，且对这些原料的前期处理加工的要求也不高，便于在中国许多地区推广应用。其中气化炉全封闭工作，输出的可燃气体直接传送到斯特林机的燃烧室中燃烧做功发电。其可燃气体的燃烧率为95％以上。燃烧后产生的剩余炉灰成份与普通植物的燃烧灰一样，只是其残余量或体积大大减少，不会产生环保问题。此外，本发明装置可以使用多台斯特林机构成多个单元组合，形成供当地使用的发电企业。由于斯特林机的购置费用不高，组成的发电机组功率大小也可以因地制宜，这样能够有效消化和实现作物秸杆、杂草等农林废弃物的综合利用，既解决了当地的环境保护问题，又为其经济、教育、卫生和文化的发展提供了取之不尽的洁净能源。因此，本发明的推广应用能为广大农村、城乡市镇的物质文明和精神文明创造可观财富。
附图说明
图1是本发明利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的装置结构组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明是一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，包括下列操作步骤：
(1)将植物秸秆和/或树叶、谷壳、锯末、或竹木麻及其它生物物质放入生物质气化炉中。这些生物物质包括植物秸秆、稻壳、果壳，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、或桐粕的农业废弃物和/或琐碎木材、树皮、或锯末的林业废弃物；而且，放入生物质气化炉中的生物物质的含水量要低于15％，其长度≤50mm。
(2)在全封闭工作状态的气化炉中对生物物质进行热解反应，产生可燃气体；这些裂解可燃气体可以加压存放在储气柜中。
(3)将可燃气体直接送入燃气外燃机，即斯特林机燃烧室，在燃烧室中该可燃气体进行充分燃烧，产生的燃烧气体温度在500℃以上；
(4)斯特林机燃烧室的燃烧气体温度藉由其加热器传递给工质，使得在低温冷腔中被压缩而流到高温热腔中的工质迅速加热而膨胀做功，推动活塞不断循环往复，进而带动发电机发电。
参见图1，介绍本发明利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的装置，该装置包括下列设备：用于对生物物质进行热解反应、以产生高温、裂解的可燃气体的生物质气化炉，在生物质气化炉和储气柜之间、以及在储气柜和斯特林机之间传送高温、可燃气体的密闭、保温管道，利用可燃气体在燃烧室中燃烧、进而使其工质加热而膨胀做功的斯特林机，以及藉由斯特林机驱动发电的发电机。
本发明装置中的斯特林机有一个或多个，每个斯特林机分别驱动各自的发电机，组成多台斯特林机发电机组，每台发电机组输出的电能并联输入电网。
Claims (6)
1、一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将植物秸秆和/或树叶、谷壳、锯末、或竹木麻及其它生物物质放入生物质气化炉中；
(2)在气化炉中对生物物质进行热解反应，产生可燃气体；
(3)将可燃气体直接送入燃气外燃机，即斯特林机的燃烧室，在燃烧室中该可燃气体进行充分燃烧，产生的燃烧气体温度在500℃以上；
(4)斯特林机燃烧室内燃烧气体的温度藉由其加热器传递给工质，使得在低温冷腔中被压缩而流到高温热腔中的工质迅速加热而膨胀做功，推动活塞不断循环往复，进而带动发电机发电。
2、根据权利要求1所述的利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，其特征在于：所述放入生物质气化炉中的生物物质的含水量要低于15％，其长度≤50mm。
3、根据权利要求1所述的利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，其特征在于：所述生物质气化炉处于全封闭工作状态，其产生的可燃高温气体直接通入斯特林机进行燃烧、做功而发电，或者加压存放在储气柜中。
4、根据权利要求1所述的利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的方法，其特征在于：所述生物物质包括植物秸秆、稻壳、果壳，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、或桐粕的农业废弃物和/或琐碎木材、树皮、或锯末的林业废弃物。
5、一种利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的装置，其特征在于：该装置包括下列组成设备：用于对生物物质进行热解反应、以产生可燃气体的生物质气化炉，在生物质气化炉和储气柜之间、以及在储气柜和斯特林机之间传送高温、可燃气体的密闭、保温管道，利用高温、可燃气体在斯特林机燃烧室中燃烧、使其工质加热而膨胀做功的斯特林机，以及藉由斯特林机驱动发电的发电机。
6、根据权利要求5所述的利用植物秸秆生物物质和斯特林机进行发电的装置，其特征在于：所述斯特林机有一个或多个，每个斯特林机分别驱动各自的发电机，组成多台斯特林机发电机组，每台发电机组输出的电能并联输入电网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091202 |